Способ масс-спектрального количественного определения содержания углерода в многокомпонентных твердых материалах

(1) 5 Н 01 Л 49/2 ОПИ Е ИЗОБ ЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТВЕРДБХ свар, И, 1 в Биби Окисовый атанс в вак глерода в металика и термодинамиазов с жидкимиа, 974, с82 Исследования и турах. Пер. с аиг с, 288,(54) СПОСОБ МАСС-С ЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕ ри л е темп1962 соки ИЛтва в качестве в ислител термииелетуч слы металокислителя испол чески устойчивые 1 з.п. ф-лы, 1 ил ов. ТРАЛЬНОГО КОЛИИЯ СОДЕРЖАНИЯ Смесь анализируемого образца и вещества-окислителя помещают в высокотемпературную ячейку, нагревают ее, увеличивая температуру с постоянной скоростью, и с помощью масс-спектро.метра измеряют в процессе нагрева количество вьделившихся летучих соединений углерода.Перед началом измерений калибруют масс-спектрометр по газообразным СО и СО (или другим летучим соединениям углерода) с целью обеспечения перехода от интенсивностей масс-спектральных линий к парциальным давлениямиЗатеи выло л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Карлов Р.А., Ьлительное плавлениеметод определения улах. - В кн.: Кинетка взаимодействия.металлами. М.: Наук185,Изобретение относится к физико- химическому анализу, в особенности к методу масс-спектрометрии,.и .может Дыть использовано для контроля технологии изготовления многокомпонент" ных твердых материалов.Целью изобретения является повышение правильности масс"спектрального анализа углерода и расширение функциональных возможностей путем раздельного определения свободногоглерода и углерода, связанного в летучие соединения.Согласно предлагаемому способу анализируемое вещество предварительно смешивают с порошком вещества-окисли- теляе ЯМ 1536454 А 1 УГЛЕРОДА ЕНТНБ 1 ХМАТЕРИАЛАХ(57) Изобретение относится к физикомеханическому анализу, в осоГенностик методам масс-спектрометрии, и может быть использовано для контролятехнологии изготовления многокомпонентных твердых материалов, Цельизобретения - повышение правильностимасс-спектрального анализа углеродаи расширение функциональных возможностей эа счет раздельного определения свободного углерода и углерода,связанного в летучие соединения, Дляэтого анализируемое вещество предварительно смешивают с порошком веществалняют калибровку по котучих соединений, вьделяющихся в ячейке. Например, дпя калибровки по СО в ячейку помещают известное количество карбоната, пол" ностью разлагающегося в определенном интервале температур с образованием газообразной СО.Измеряя зависимость интенсивности масс-спектральной линии СО от времени при нагреве смеси до полного разложения карбоната, определяют вре,менную зависимость парциального давления СО, Эту зависимость интегрируют и приравнивают полученную величину массе вьделившейся СО. Массу СОд определяют расчетным путем по хиниеской формуле разложения карбоната.Поскольку при высоких температурах образуется окись углерода СО, необходима также калибровка по количест- щ 0 ву СО, выделившейся в ячейке. Эту операцию выполняют аналогично предыдущей, используя расчетное количество СО, которое получается при полном окислении в ячейке известного коли честна чистого углерода, нагреваемого в смеси с порошком нелетучего окисла.Полученные таким способом величины чувствительности прибора по количеству выделяющихся в ячейке летучих соединений углерода используют при анализе вещества с неизвестным содержанием углерода. Для этого анализируемое вещество в виде порошка смешивают 35 с порошком нелетучего окисла. Навеску смеси помещают в испарительную ячейку масс-спектрометра.После подготовки прибора к работе включают нагрев ячейки, увеличивая температуру с постоянной скоростью. При этом фиксируют интенсивности всех линий, которые могут быть связаны г летучими соединениями углерода, и определяют временные зависимости пар циальных давлений этих соединений.Полученные вреьенные зависимости интегрируют. По этим интегральным величинам, зная чувствительность прибора по количеству выделяющихся лету чих соединений, определяют общее содержание углерода.Линейное увеличение температуры позволяет разделить во времени вьдепение летучих соединений углерода. Например, карбонаты разлагаются при температурах не выше 1000 ОС, а окисление свободного углерода с вьщелением только окиси углерода происходит(в соответствии с термодинамическим равновесием реакции восстановления окислов) при температурах выше 1000 фС, Этим обеспечивается возможность определять раздельно количество углерода, содержащегося в карбонатах или других летучих соединениях и углерода в свободном состоянии.Температурное и временное разделение термодесорбционных пиков позволяет также исключить иэ результата анализа фоновые количества СО и СО, выделяющихся иэ неконтролируемых загрязнений внутренних частей прибора.П р и м е р. Для выполнения анализов была использована масс-спектрометрическая установка, состоящая из времяпролетного масс-спектрометра МСХи камеры с высокотемпературной ячейкой. Вакуум не ниже 210 Па создавался в установке беэмасляной системой откачки, причем камера ячейки откачивалась отдельным насосом.Ячейка, изготовленная из молибдена, нагревалась до 1000 С тепловым излучением кольцевого катода, а до более высокой температуры - электройной бомбардировкой.Для калибровки масс-спектрометра до двуокиси углерода в камеру источника с помощью вентиля тонкой регулировки добавляли СО и определяли зависимости интенсивности линии СОе от давления СО. Величина чувствительности масс-спектрометра по СОд находилась в пределах (48) 10 л Па/мм шкапы.Аналогичным образом калибровался прибор по окиси углерода, а измеренная чувствительность была равной (37) 10 Па/мм шкалы,-8Для калибровки прибора по количест. ву СО, вьделяющемуся при нагреве вещесгва в ячейке, использовали карбонат кальция, который при нагреве до бОО С разлагается по реакцииСаСОз в э СаО + СО, . (1)откуда следует, что при полном разложении 0,15 г СаСОз в газовую фазу выделяется 0,066 г газообразного,СО,Полнота протекания реакции контролировалась рентгеноструктурным анализом остатка.По временной зависимости интенсивности масс-спектральной линии СО полученной при нагрев СаСР со15364скоростью 1,5 град/с, была построенавременная зависимость парциальногодавления СО в камере масс-спектрометра. Графическое интегрирование этойзависимости позволило установить,что абсолютная чувствительность анализа СОр, выделяющегося из нагреваемой ячейки, составила величину 2 фф 10 7 г.1 ОАналогичным образом была определена чувствительность анализа СО, образующегося в ячейке,Известное (установленное расчетом)количество окиси углерода было получено при окислении 0,015 г чистогографита в смеси с 1,5 г химическичистой окиси железа. Полнота окисления углерода контролировалась па отсутствию вьщеления СО при нагреве 20остатка с добавлением свежей порцииГеО з.Абсолютная чувствительность ана лиза СО составила величину 1,5110 г..Для определения углерода, находящегася в веществе в различных формах,использовали смесь из компонентовэлектродного покрытия: рутила, кварцевого песка, карбаната кальция и графита. В эту смесь добавляли порошок 30РеОз,На чертеже показан общий вид временной зависимости парциальнасти давления СО и СОо, полученной при равномерном нагреве этой смеси до 140 С,Первый термодесарбцианньтй пик со.ответствует ньщелению СО иСО из по-,верхностных загрязнений, Второй -выделению СОр при разложении карбоната и третий. - выделению СО при окислении графита. полнота окислЕния углерода обеспечивалась двухкратным превьццением количества ГедОз, необходимого для окисления свободного углерода, и выдержкой расплава при 1400 С 45+до полного исчезновения пика СОПовторный нагрев этой смеси доболее высокой температуры не приводил к вьщелению СО.По этим данным была оценена относительная чувствительность анализа углерода на данной установке, составившаявеличину . 2 10мас.Х.При использовании масс-спектрометра с более высокой эффективностьюполучения и анализа ионов, чем в данной установке, чувствительность анализа может быть повьппена еще не менее,-7чем на два порядка, т.е. до 10 Х. Эксперименты с контрольными смесями показали, чта предлагаемый способобеспечивает правильность анализаобщего содержания углерода и позволяет раздельно определять свободный углерод и углерод, связанный в летучие соесае,лнения,Предлагаемый способ характеризуется универсальностью, экспрессностью,простотой аборт.нания и методики анализаПри этом обеспечивается высокая чувств;.;.е,ьнасть анализа,В предлагаемом способе значительна упрощается решение проблемы эталонов в связи с вазможностью использования для калибровки химически чистых веществ,Предлагаемый способ позволяетболее точна учесть фан, создаваемыйдесорбцией неконтролируемых загрязнений с нагреваемых поверхностей внут-.ренних частей установки,Возможность раздельного определения углерода, находящегося в веществе в различных формах, значительно расширяет область применения аналитического метода па сравнению с областью применения известных способов анализа углерода,Использование предлагаемого изобретения дает возможность количественно определять углерсд в сварочных материалах (сердечниках порошковых проволок, электродных покрытиях, флюсах) и в материалах металлургического производства.Предлагаемый способ может быть использован также для анализа сырьевых материалов в цветной и горнорудной промышленности, а также в геологии и минералогии. Формула изобретения 1. Способ масс-спектрального количественного определения содержания углерода в мнагакомпонентных твердых материалах, заклочгющийся в нагреве анализируемого образца в высокотемпературной ячейке и измерении летучих соединений углерода путем интегрирования временных зависимостей их парциальных давлений, а т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения правильности анализа общего содержання углерода и расширения функциональных возможностей путем разЗаказ. 922 Тирам 396 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР113035, Москва, 3-35, Раушская наб , д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.укгород, Ул. Гагарина,101 дельного определения свободного углерода и углерода, связанйого в летучие соединения, анализируемое вещество предварительно смешивают с порошком вещества-окислителя.,5 2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я ,тем, что в качестве вещества-окислителя используют нелетучие термически устойчивые окислы металлов.